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    3D打印软机械手帮助科学家研究深海生物

      [  中关村在线 原创  ]   作者:李刚   |  责编:李刚

           广袤而深邃的海底,黑暗、寒冷、高压、无氧,对人类来说简直就是地狱一般,但是深海中却有各种各样的生物。研究这些海洋生物需要安装在远程操作机器人(ROV)上的专门设备,这些设备需要经受海底的极端环境要求,虽然这些装置主要是为海上能源工业或军事应用而设计的,并且不适合与软质和高度易损的生物体发生关系,比如柔软的海参。 

    3D打印软机械手帮助科学家研究深海生物
    1282米深海海参的精细抓捕:沃格特等,2018,由施密特海洋研究所提供  

            现在,一组工程师、海洋生物学家和机器人学家开发了一种柔软、灵活、可定制的替代采样装置,使科学家能够轻而易举地从海洋中捕获不同类型的生物体而不伤害它们。此外,即便在偏僻的地方,也能够实时制造和修改3D打印的软机械手。

           该团队设计的“软夹持器”装置有两到五个“手指”,它们是由聚氨酯和其他粘性材料制成,通过打开和关闭低压液压泵系统,驱动海水泵系统来驱动它们的运动。夹持器附在一个木球上,木球是由船上的操作员用ROV现有的、硬爪状的工具来操纵。

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    3D打印版本的夹持器,来自哈佛大学威斯研究所 

          “我们在深海中遇到的许多动物都是新物种,这些柔软的机器人允许我们微妙地相互作用,研究更多样的动物群。”来自纽约城市大学的一份新论文的合著者David Gruber说。

           2017年10月5日至11月2日,该小组对凤凰群岛保护区进行深海探险期间,研究小组使用他们的软抓取器通过远程操作的机器人(ROV)将物种降到2224m。机组人员在他们的船上使用了两台3D打印机来制造新的零件。

            格鲁伯说:“通过在海上进行3D打印,我们可以在航行中进行创新,并产生柔软的机器人来与以前未检查过的柔软的动物进行交互,因为它们太脆弱了。”

           “在船上呆一个月意味着我们能够做任何我们需要的东西,结果证明3D打印机在船上做得很好。WHSS研究所的研究工程师Daniel Vogt说:“我们让他们运行7*24小时,从ROV运营商那里获得关于使用软夹持器的反馈,并在一夜之间制造出新的版本来解决任何问题。” 

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         一个只有两个手指的夹持器的改进版本既能保持大物体的“握力”,又能握住小物体,就像人类的手一样。

           软夹持器能够比传统的水下取样工具更有效地收集海蛞蝓、珊瑚、海绵和其他海洋生物。基于ROV操作员的输入,团队3D打印的“指甲”可以添加到夹持器的手指上,以帮助它们在坚硬的表面上放置样本。这种修改能够帮助研究小组成功地抓住那些脆弱的动物,例如海参,在过去很难用刚性机械臂和抽吸采样器无损收集类似的动物。此外,在每个手指上还添加了柔性网格,以帮助保持手指握持内的动物样本。

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    图中显示研究小组利用FDM技术3D打印机进行零件的制作

           该小组正在进一步开发抓取器,希望添加传感器,当手爪与生物体接触时,可以向ROV操作者指示,“感觉”它是多么硬或柔软,并采取其它测量。最终,它的目标是捕获深海中的海洋生物并获得完整的物理和遗传数据,而不将它们从原生栖息地带走。 

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    海底生物的探测加持装置,还在进一步改进中

       “远距离科学探索是一项昂贵和漫长的计划,软机器人操作器的即时打印提供了一个实时的解决方案,从而更好地与深海环境以及那些柔软、脆弱的生物进行微妙的互动,”沃格特说。这也提供了一种尽量不破坏这些缓慢生长的深海海洋生物,因为其中一些海洋生物可以长达18000年。

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